JP2760395B2 - 電子放出装置 - Google Patents
電子放出装置Info
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- JP2760395B2 JP2760395B2 JP14804786A JP14804786A JP2760395B2 JP 2760395 B2 JP2760395 B2 JP 2760395B2 JP 14804786 A JP14804786 A JP 14804786A JP 14804786 A JP14804786 A JP 14804786A JP 2760395 B2 JP2760395 B2 JP 2760395B2
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- electron
- cold cathode
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は電子放出装置に関し、特に電圧印加により電
子放出が誘起される電子放出素子を有する電子放出装置
に関する。この様な電子放出装置はたとえば電子ビーム
露光装置等の電子ビーム応用装置の電子ビーム発生源と
して好適に利用される。 ［従来の技術］ 電子発生源としては従来熱陰極からの熱電子放出が用
いられてきた。この様な熱陰極を利用した電子放出は、
加熱によるエネルギーロスが大きい点、加熱手段の形成
が必要である点、及び予備加熱にかなりの時間を要する
点や熱により系が不安定化しやすいという点で問題であ
った。 そこで、加熱によらない（即ち冷陰極型の）電子放出
素子の研究が進められ、いくつかの型の素子が提案され
ている。 たとえば、PN接合に逆バイアス電圧を印加し電子なだ
れ降伏現象を生ぜしめ素子外へと電子を放出する型のも
のや、金属−絶縁体層−金属層の構成を有し該２つの金
属の間に電圧を印加することによりトンネル効果で絶縁
体層を通過してきた電子を金属層から素子外へと放出す
る型（MIM型）のものや、高抵抗薄膜にその膜厚方向と
直交する方向に電圧を印加し該薄膜表面から素子外へと
電子を放出させる表面伝導型のものや、電界集中の生じ
易い形状の金属に対し電圧を印加して局所的に高密度の
電界を発生させ該金属から素子外へと電子を放出させる
電界効果型（FE型）のものや、その他のものが提案され
ている。 これら電子放出素子の応用例として、該素子を複数配
列し、各素子からの電子放出のON−OFFを制御すること
により所望のパターン状に電子放出を行なわせて被加工
物表面に衝突させ電子ビーム露光により表面加工または
表面変質を行なうことが考えられる。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかして、上記の様な電子放出素子から放出される電
子は必ずしも十分な運動エネルギをもたないので、一般
に電子ビーム加速のために正の電圧を印加し得る引出し
電極を付設して電子放出装置を構成することが行なわれ
る。 これにより電子の運動エネルギは高められるのである
が、しかし一方からの吸引のみでは十分な加速を行なう
ことができない。 更に、電子放出を停止する際の動作を迅速に行なった
り、電子ビームのエネルギを効率よく変化させたりする
ことのできる電子放出装置が望まれていた。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、以上の如き従来技術の問題点を解決
するものとして、 基板上に、第２の電極、冷陰極電子源及び第１の電極
がこの順序で絶縁層を介して積層配置されており、上記
第１の電極及び上記第２の電極に対しそれぞれ電圧を印
加する電圧印加手段を有するユニットを少なくとも１つ
配列してなる電子放出装置において、上記冷陰極電子源
及び上記第１の電極は中央に開口を有する略環形状をな
しており、上記第２の電極は上記冷陰極電子源の開口に
面して配置されていることを特徴とする電子放出装置、 が提供される。 ［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説
明する。 第１図（ａ）は本発明による電子放出装置の一実施例
を示す部分平面図であり、第１図（ｂ）はそのＢ−Ｂ断
面図である。 第１図において、２は基板であり、該基板はたとえば
ガラス、アルミナ、サファイア、マイカ、マグネシア等
の絶縁体、更にはGaAs、GaSb,InAs、GaP、スピネル（Mg
Al2O4）等の結晶等からなる。４は円形の下部電極であ
り、該電極はたとえばPt,Au,Ag等の金属からなる一般的
な薄膜電極である。６は絶縁層であり、該絶縁層は下部
電極４の周辺部にかかる様に基板２上に付されている。
該絶縁層６はたとえばSiO2,Si3N4,AlN,BN,Ta2O5,Al2O3,
BeO,SiC,SiOxNyHz,SiNxHy等からなる。 第１図において、８はｐ型半導体層であり、10はｎ型
半導体層であり、これら半導体層は上記絶縁層６上にて
順次積層されている。該半導体層8,10には下部電極４の
上方に逆円錐台形状の穴11が形成されており、該穴に面
する部分はp+領域及び該n+領域とされている。上記ｐ型
半導体層８の厚さはたとえば100〜30000Å程度であり、
上記ｎ型半導体層10の厚さもたとえば100〜30000Å程度
である。12はｐ型半導体層８とｎ型半導体層10との間に
逆バイアス電圧を印加するための電源である。 ｎ型半導体層10上には絶縁層14が付されている。該絶
縁層は絶縁層６と同様な材料からなる。該絶縁層14の穴
11の周辺部の上面上には該周辺部を４等分した形状の４
つの上部電極16−1,16−2,16−3,16−４が配置されてい
る。これら電極は下部電極４と同様な材料からなる。 第１図において、18はｎ型半導体層10と下部電極４と
の間に電圧を印加するための電源であり、その電圧をＶ
とする。また、ｎ型半導体層10と上部電極16−１〜16−
４との間にそれぞれ電圧V1〜V4を印加するための電源20
−１〜20−４（20−１及び20−３のみ図示されている）
が接続されている。 以上の様な本実施例装置においては、電源12によりpn
接合にしきい値以上の電圧（たとえば１〜20V）を印加
することによりp+領域とn+領域との境界において電子な
だれ降伏現象が発生し、穴11へと電子が放出される。 一方、電子放出時において、上部電極16−１〜16−４
には電源20−１〜20−４によりｎ型半導体層10に対し正
の電圧（V1＝V2＝V3＝V4）が印加され、且つ下部電極４
には電源18によりｎ型半導体層10に対し負の電圧が印加
される。これにより、穴11中には下部電極から上部電極
へと向かう強い電界が発生し、従ってpn接合の電子放出
素子から穴11中へと放出された電子は該電界により加速
されて上方へと飛び出す。尚、この際電圧V1〜V4の大き
さを制御することにより電子ビームの集束度を適宜設定
することができる。更に、下部電極４に印加する電圧を
変化させる（場合によってはｎ型半導体層10に対し正と
なる様に）ことにより、電子の加速状態を変化させるこ
とができ、かくして下部電極４は制御電極としての作用
をなすことができる。また、上部電極16−１〜16−４に
印加する電圧V1〜V4のうち少なくとも１つを他と異なら
せることにより、電子ビームを偏向させることができ
る。即ち、電子ビームは電圧V1〜V4のうちの比較的大き
い方の電極の側へと偏向され、その方向は電圧V1〜V4を
適宜設定することにより制御することができる。 また、電子放出を停止する時には、電源12の電圧をし
きい値以下とすると同時に、上部電極16−１〜16−４に
電源20−１〜20−４によりｎ型半導体層10に対し負の電
圧を印加し且つ下部電極４には電源18によりｎ型半導体
層10に対し正の電圧を印加することにより、穴11中に上
部電極から下部電極へと向かう電界を発生させ、pn接合
から放出され穴11中にある電子を下部電極側へと吸引
し、上方への飛び出しを迅速、確実且つ十分に抑制する
ことができる。 以上の様な電子放出装置をユニットとして、該ユニッ
トを１列状または複数列状（２次元的）に配列し、各ユ
ニットからの電子放出のON−OFFを適宜制御することに
より、全体として所望のパターンにて電子ビーム露光を
行なうことができる。 この場合、各ユニットの配列精度を厳密にすることな
しに電子ビーム露光位置の配列精度を高めることができ
る。即ち、予め各ユニットの配列ずれを測定しておき、
当該ユニットに関する電子ビーム露光位置を上記配列ず
れを打消す位置とする様に各上部電極に印加する電圧を
適宜補正すればよい。 上記実施例においてはpn接合を用いた電子放出素子の
電子放出パターンが円環形状であり、上部電極がこれに
対応した形状を有する場合が示されているが、電子放出
パターンは円環形状以外のたとえば多環形状であっても
よく、上部電極もそれに応じた適宜の形状が可能であ
る。また、環形状とは必ずしも完全に閉じたものである
必要はなく、部分的に切れ目があってもよい。 更に、上記実施例においては電子放出素子がPN接合型
である場合が示されているが、本発明においては電子放
出素子は他のたとえばMIM型や表面伝導型その他であっ
てもよいことはもちろんである。 ［発明の効果］ 以上の様な本発明によれば、簡単な構成で電子の放出
及びその停止を迅速且つ確実に行なうことができ、更に
放出電子ビームのエネルギを効率よく制御することがで
きるとともに装置の小型化が可能である。
子放出が誘起される電子放出素子を有する電子放出装置
に関する。この様な電子放出装置はたとえば電子ビーム
露光装置等の電子ビーム応用装置の電子ビーム発生源と
して好適に利用される。 ［従来の技術］ 電子発生源としては従来熱陰極からの熱電子放出が用
いられてきた。この様な熱陰極を利用した電子放出は、
加熱によるエネルギーロスが大きい点、加熱手段の形成
が必要である点、及び予備加熱にかなりの時間を要する
点や熱により系が不安定化しやすいという点で問題であ
った。 そこで、加熱によらない（即ち冷陰極型の）電子放出
素子の研究が進められ、いくつかの型の素子が提案され
ている。 たとえば、PN接合に逆バイアス電圧を印加し電子なだ
れ降伏現象を生ぜしめ素子外へと電子を放出する型のも
のや、金属−絶縁体層−金属層の構成を有し該２つの金
属の間に電圧を印加することによりトンネル効果で絶縁
体層を通過してきた電子を金属層から素子外へと放出す
る型（MIM型）のものや、高抵抗薄膜にその膜厚方向と
直交する方向に電圧を印加し該薄膜表面から素子外へと
電子を放出させる表面伝導型のものや、電界集中の生じ
易い形状の金属に対し電圧を印加して局所的に高密度の
電界を発生させ該金属から素子外へと電子を放出させる
電界効果型（FE型）のものや、その他のものが提案され
ている。 これら電子放出素子の応用例として、該素子を複数配
列し、各素子からの電子放出のON−OFFを制御すること
により所望のパターン状に電子放出を行なわせて被加工
物表面に衝突させ電子ビーム露光により表面加工または
表面変質を行なうことが考えられる。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかして、上記の様な電子放出素子から放出される電
子は必ずしも十分な運動エネルギをもたないので、一般
に電子ビーム加速のために正の電圧を印加し得る引出し
電極を付設して電子放出装置を構成することが行なわれ
る。 これにより電子の運動エネルギは高められるのである
が、しかし一方からの吸引のみでは十分な加速を行なう
ことができない。 更に、電子放出を停止する際の動作を迅速に行なった
り、電子ビームのエネルギを効率よく変化させたりする
ことのできる電子放出装置が望まれていた。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明によれば、以上の如き従来技術の問題点を解決
するものとして、 基板上に、第２の電極、冷陰極電子源及び第１の電極
がこの順序で絶縁層を介して積層配置されており、上記
第１の電極及び上記第２の電極に対しそれぞれ電圧を印
加する電圧印加手段を有するユニットを少なくとも１つ
配列してなる電子放出装置において、上記冷陰極電子源
及び上記第１の電極は中央に開口を有する略環形状をな
しており、上記第２の電極は上記冷陰極電子源の開口に
面して配置されていることを特徴とする電子放出装置、 が提供される。 ［実施例］ 以下、図面を参照しながら本発明の具体的実施例を説
明する。 第１図（ａ）は本発明による電子放出装置の一実施例
を示す部分平面図であり、第１図（ｂ）はそのＢ−Ｂ断
面図である。 第１図において、２は基板であり、該基板はたとえば
ガラス、アルミナ、サファイア、マイカ、マグネシア等
の絶縁体、更にはGaAs、GaSb,InAs、GaP、スピネル（Mg
Al2O4）等の結晶等からなる。４は円形の下部電極であ
り、該電極はたとえばPt,Au,Ag等の金属からなる一般的
な薄膜電極である。６は絶縁層であり、該絶縁層は下部
電極４の周辺部にかかる様に基板２上に付されている。
該絶縁層６はたとえばSiO2,Si3N4,AlN,BN,Ta2O5,Al2O3,
BeO,SiC,SiOxNyHz,SiNxHy等からなる。 第１図において、８はｐ型半導体層であり、10はｎ型
半導体層であり、これら半導体層は上記絶縁層６上にて
順次積層されている。該半導体層8,10には下部電極４の
上方に逆円錐台形状の穴11が形成されており、該穴に面
する部分はp+領域及び該n+領域とされている。上記ｐ型
半導体層８の厚さはたとえば100〜30000Å程度であり、
上記ｎ型半導体層10の厚さもたとえば100〜30000Å程度
である。12はｐ型半導体層８とｎ型半導体層10との間に
逆バイアス電圧を印加するための電源である。 ｎ型半導体層10上には絶縁層14が付されている。該絶
縁層は絶縁層６と同様な材料からなる。該絶縁層14の穴
11の周辺部の上面上には該周辺部を４等分した形状の４
つの上部電極16−1,16−2,16−3,16−４が配置されてい
る。これら電極は下部電極４と同様な材料からなる。 第１図において、18はｎ型半導体層10と下部電極４と
の間に電圧を印加するための電源であり、その電圧をＶ
とする。また、ｎ型半導体層10と上部電極16−１〜16−
４との間にそれぞれ電圧V1〜V4を印加するための電源20
−１〜20−４（20−１及び20−３のみ図示されている）
が接続されている。 以上の様な本実施例装置においては、電源12によりpn
接合にしきい値以上の電圧（たとえば１〜20V）を印加
することによりp+領域とn+領域との境界において電子な
だれ降伏現象が発生し、穴11へと電子が放出される。 一方、電子放出時において、上部電極16−１〜16−４
には電源20−１〜20−４によりｎ型半導体層10に対し正
の電圧（V1＝V2＝V3＝V4）が印加され、且つ下部電極４
には電源18によりｎ型半導体層10に対し負の電圧が印加
される。これにより、穴11中には下部電極から上部電極
へと向かう強い電界が発生し、従ってpn接合の電子放出
素子から穴11中へと放出された電子は該電界により加速
されて上方へと飛び出す。尚、この際電圧V1〜V4の大き
さを制御することにより電子ビームの集束度を適宜設定
することができる。更に、下部電極４に印加する電圧を
変化させる（場合によってはｎ型半導体層10に対し正と
なる様に）ことにより、電子の加速状態を変化させるこ
とができ、かくして下部電極４は制御電極としての作用
をなすことができる。また、上部電極16−１〜16−４に
印加する電圧V1〜V4のうち少なくとも１つを他と異なら
せることにより、電子ビームを偏向させることができ
る。即ち、電子ビームは電圧V1〜V4のうちの比較的大き
い方の電極の側へと偏向され、その方向は電圧V1〜V4を
適宜設定することにより制御することができる。 また、電子放出を停止する時には、電源12の電圧をし
きい値以下とすると同時に、上部電極16−１〜16−４に
電源20−１〜20−４によりｎ型半導体層10に対し負の電
圧を印加し且つ下部電極４には電源18によりｎ型半導体
層10に対し正の電圧を印加することにより、穴11中に上
部電極から下部電極へと向かう電界を発生させ、pn接合
から放出され穴11中にある電子を下部電極側へと吸引
し、上方への飛び出しを迅速、確実且つ十分に抑制する
ことができる。 以上の様な電子放出装置をユニットとして、該ユニッ
トを１列状または複数列状（２次元的）に配列し、各ユ
ニットからの電子放出のON−OFFを適宜制御することに
より、全体として所望のパターンにて電子ビーム露光を
行なうことができる。 この場合、各ユニットの配列精度を厳密にすることな
しに電子ビーム露光位置の配列精度を高めることができ
る。即ち、予め各ユニットの配列ずれを測定しておき、
当該ユニットに関する電子ビーム露光位置を上記配列ず
れを打消す位置とする様に各上部電極に印加する電圧を
適宜補正すればよい。 上記実施例においてはpn接合を用いた電子放出素子の
電子放出パターンが円環形状であり、上部電極がこれに
対応した形状を有する場合が示されているが、電子放出
パターンは円環形状以外のたとえば多環形状であっても
よく、上部電極もそれに応じた適宜の形状が可能であ
る。また、環形状とは必ずしも完全に閉じたものである
必要はなく、部分的に切れ目があってもよい。 更に、上記実施例においては電子放出素子がPN接合型
である場合が示されているが、本発明においては電子放
出素子は他のたとえばMIM型や表面伝導型その他であっ
てもよいことはもちろんである。 ［発明の効果］ 以上の様な本発明によれば、簡単な構成で電子の放出
及びその停止を迅速且つ確実に行なうことができ、更に
放出電子ビームのエネルギを効率よく制御することがで
きるとともに装置の小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図（ａ）は本発明電子放出装置の部分平面図であ
り、第１図（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。 2:基板、4:下部電極 6,14:絶縁層、8,10:半導体層、 12,18,20−1,20−3:電源、 16−１〜16−4:上部電極。
り、第１図（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。 2:基板、4:下部電極 6,14:絶縁層、8,10:半導体層、 12,18,20−1,20−3:電源、 16−１〜16−4:上部電極。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 鈴木 彰
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(72)発明者 下田 勇
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(72)発明者 奥貫 昌彦
東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ
ヤノン株式会社内
(56)参考文献 特開 昭61−131331（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−87731（ＪＰ，Ａ)
特開 昭48−90467（ＪＰ，Ａ)
特開 昭51−52274（ＪＰ，Ａ)
特公 昭44−32247（ＪＰ，Ｂ１)
特公 昭49−7383（ＪＰ，Ｂ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
H01J 1/30,9/02,31/12
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．基板上に第２の電極、冷陰極電子源及び第１の電極
がこの順序で絶縁層を介して積層配置されており、上記
第１の電極及び上記第２の電極に対しそれぞれ電圧を印
加する電圧印加手段を有する電子放出装置において、上
記冷陰極電子源及び上記第１の電極は中央に開口を有す
る略環形状をなしており、上記第２の電極は上記冷陰極
電子源の開口に面して配置されていることを特徴とする
電子放出装置。 ２．上記第１の電極は中央に開口を有する略環形状をな
し且つ複数に分割されており、上記電圧印加手段は上記
第１の電極の各分割部分ごとにそれぞれ独立に電圧を印
加し得るものである、特許請求の範囲第１項の電子放出
装置。 ３．上記冷陰極電子源はPN接合型である、特許請求の範
囲第１項〜第２項のいずれかの電子放出装置。 ４．上記冷陰極電子源はMIM型である、特許請求の範囲
第１項〜第２項のいずれかの電子放出装置。 ５．上記冷陰極電子源は表面伝導型である、特許請求の
範囲第１項〜第２項のいずれかの電子放出装置。 ６．上記冷陰極電子源は電界効果型である、特許請求の
範囲第１項〜第２項のいずれかの電子放出装置。 ７．基板上に、第２の電極、冷陰極電子源及び第１の電
極がこの順序で絶縁層を介して積層配置されており、上
記第１の電極及び上記第２の電極に対しそれぞれ電圧を
印加する電圧印加手段を有するユニットを複数配列して
なる電子放出装置において、上記冷陰極電子源及び上記
第１の電極は中央に開口を有する略環形状をなしてお
り、上記第２の電極は上記冷陰極電子源の開口に面して
配置されていることを特徴とする電子放出装置。 ８．各ユニットにおいて、上記第１の電極は中央に開口
を有する略環形状をなし且つ複数に分割されており、上
記電圧印加手段は上記第１の電極の各分割部分ごとにそ
れぞれ独立に電圧を印加し得るものである、特許請求の
範囲第７項の電子放出装置。 ９．各ユニットにおいて、上記冷陰極電子源はPN接合型
である、特許請求の範囲第７項〜第８項のいずれかの電
子放出装置。 １０．各ユニットにおいて、上記冷陰極電子源はMIM型
である、特許請求の範囲第７項〜第８項のいずれかの電
子放出装置。 １１．各ユニットにおいて、上記冷陰極電子源は表面伝
導型である、特許請求の範囲第７項〜第８項のいずれか
の電子放出装置。 １２．各ユニットにおいて、上記冷陰極電子源は電界効
果型である、特許請求の範囲第７項〜第８項のいずれか
の電子放出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14804786A JP2760395B2 (ja) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | 電子放出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14804786A JP2760395B2 (ja) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | 電子放出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS636718A JPS636718A (ja) | 1988-01-12 |
| JP2760395B2 true JP2760395B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=15443953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14804786A Expired - Fee Related JP2760395B2 (ja) | 1986-06-26 | 1986-06-26 | 電子放出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2760395B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4956578A (en) * | 1987-07-28 | 1990-09-11 | Canon Kabushiki Kaisha | Surface conduction electron-emitting device |
| JP5994271B2 (ja) * | 2012-02-10 | 2016-09-21 | 国立大学法人東北大学 | 電子ビーム発生装置、電子ビーム照射装置、電子ビーム露光装置、および製造方法 |
| DE102017104509A1 (de) * | 2017-03-03 | 2018-09-06 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Vorrichtung zum Erzeugen beschleunigter Elektronen |
| CN117410163A (zh) * | 2022-07-06 | 2024-01-16 | 华为技术有限公司 | 电子源、控制方法、芯片检测设备及芯片光刻设备 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS497383A (ja) * | 1972-05-11 | 1974-01-23 | ||
| US3921022A (en) * | 1974-09-03 | 1975-11-18 | Rca Corp | Field emitting device and method of making same |
| JPS53121454A (en) * | 1977-03-31 | 1978-10-23 | Toshiba Corp | Electron source of thin film electric field emission type and its manufacture |
| JPS5569941A (en) * | 1978-11-20 | 1980-05-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electron source for display unit |
| NL8104893A (nl) * | 1981-10-29 | 1983-05-16 | Philips Nv | Kathodestraalbuis en halfgeleiderinrichting voor toepassing in een dergelijke kathodestraalbuis. |
| NL8403613A (nl) * | 1984-11-28 | 1986-06-16 | Philips Nv | Elektronenbundelinrichting en halfgeleiderinrichting voor een dergelijke inrichting. |
-
1986
- 1986-06-26 JP JP14804786A patent/JP2760395B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS636718A (ja) | 1988-01-12 |
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